Auswirkungen der Legierungszusammensetzung auf die Morphologie und die Festigkeit des Dendritennetzwerkes bei der gerichteten Erstarrung von Nickelbasis-Superlegierungen

  • Zur Vermeidung von Heißrissen bei der gerichteten Erstarrung von Nickelbasis-Superlegierungen wird der Versuch unternommen, die Festigkeit und den Zusammenhalt des Dendritennetzwerkes über eine geometrisch günstigere Restschmelzeverteilung zu steigern. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass für eine zunehmende Konzentration an interdendritisch seigernden Elementen wie Ta eine höhere Vernetzung der Dendriten untereinander erzielt werden kann. Heißzugversuche an einkristallin erstarrten Probekörpern lassen für die Legierung mit einer stärkeren Vernetzung zwischen den Dendriten eine Zunahme der Festigkeit im semiliquiden Bereich erkennen. Gießbarkeitstests mit stängelkristallinem Gussgefüge zZur Vermeidung von Heißrissen bei der gerichteten Erstarrung von Nickelbasis-Superlegierungen wird der Versuch unternommen, die Festigkeit und den Zusammenhalt des Dendritennetzwerkes über eine geometrisch günstigere Restschmelzeverteilung zu steigern. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass für eine zunehmende Konzentration an interdendritisch seigernden Elementen wie Ta eine höhere Vernetzung der Dendriten untereinander erzielt werden kann. Heißzugversuche an einkristallin erstarrten Probekörpern lassen für die Legierung mit einer stärkeren Vernetzung zwischen den Dendriten eine Zunahme der Festigkeit im semiliquiden Bereich erkennen. Gießbarkeitstests mit stängelkristallinem Gussgefüge zeigen allerdings keine Überlegenheit der Legierung mit besserer Vernetzung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ohne korngrenzenfestigende Minorelemente ein Auftreten von Heißrissen nicht zu verhindern ist. Umfangreiche numerische Untersuchungen unterstützen die experimentellen Arbeiten. Berechnungsmodelle zur Simulation der wirkenden Erstarrungsbedingungen erweisen sich als leistungsfähiges Werkzeug zur Verbesserung des Prozessverständnisses. Es zeigt sich, dass mikrostrukturelle Kenngrößen wie der Dendritenstammabstand im Wesentlichen durch die Heizertemperatur und die Effektivität der Abschirmung (Trennung von heißer und kühler Zone) festgelegt werden. Die Temperatur in der Kühlkammer und die Art der Wärmeabfuhr sind bei der Erstarrung hochschmelzender Nickelbasislegierungen von untergeordneter Bedeutung. Berechnungen zum Einfluss der Grenzflächenenergie auf die Erstarrungsmorphologie basieren auf dem so genannte Nearest-Neighbor Broken-Bond (NNBB) Modell. Für Legierungen mit einer weniger filmartigen Restschmelzeverteilung errechnen sich geringere Grenzflächenenergien zwischen flüssiger und fester Phase. Diese Beobachtungen stimmen mit den in der Literatur beschriebenen Gesetzmäßigkeiten zu dendritischem Wachstum überein. show moreshow less

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Metadaten
Author:Martin M. Franke
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-38327
ISBN:978-3-944057-10-1
Series (Volume number):FAU Studien Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (2)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Advisor:Robert F. Singer, Ingo Steinbach
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2013
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2013/08/22
Release Date:2013/10/30
Tag:Grenzflächenenergie; Heißrisse; Morphologie; Nickelbasis-Superlegierungen; dendritische Erstarrung
Ni-based superalloys; dendritic solidification; hot cracks; interfacial energy; morphology
SWD-Keyword:Dendrit; Erstarrung; Grenzflächenenergie; Heißriss; Morphologie; Nickellegierung
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press
Institutes:Technische Fakultät / Department Werkstoffwissenschaften
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Chemische Verfahrenstechnik / Chemische Verfahrenstechnik
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung

$Rev: 13581 $